JP2000107678A - ブラックマトリックス基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂タイプのブラックマトリックスを高い精
度で、かつ、良好な密着性で備えたブラックマトリック
ス基板と、このようなブラックマトリックス基板の製造
方法を提供する。 【解決手段】 ブラックマトリックス基板を、透明基板
上にブラックマトリックスとを備え、このブラックマト
リックスを透明基板との界面近傍において含有量が最大
となるように光反応開始剤を含有したものとし、このよ
うなブラックマトリックス基板は、透明基板上に光反応
開始剤を含有する薄膜を形成し、この薄膜上にブラック
マトリックス用のネガ型の感光性樹脂組成物を塗布して
感光性樹脂層を形成した後、感光性樹脂層をブラックマ
トリックス用のフォトマスクを介して露光し現像するこ
とにより製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はブラックマトリック
ス基板およびその製造方法に係り、特に樹脂タイプのブ
ラックマトリックスを良好な密着性で備えたブラックマ
トリックス基板とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フラットディスプレイとして、モ
ノクロあるいはカラーの液晶ディスプレイが注目されて
いる。カラーの液晶ディスプレイには、３原色の制御を
行うためにアクティブマトリックス方式および単純マト
リックス方式とがあり、いずれの方式においてもカラー
フィルタが用いられている。そして、カラーの液晶ディ
スプレイは構成画素部を３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とし、液
晶の電気的スイッチングにより３原色の各光の透過を制
御してカラー表示を行うものである。

【０００３】液晶ディスプレイ用のカラーフィルタは、
透明基板上に各着色パターンと透明電極膜を形成して構
成されている。そして、発色効果や表示コントラストを
上げるために、着色パターンのＲ，Ｇ，Ｂの各画素の境
界部分に遮光膜（ブラックマトリックス）が形成され
る。また、アクティブマトリックス方式の液晶ディスプ
レイでは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング
素子として用いているため、光リーク電流を抑制する必
要がある。このため、ブラックマトリックスに対してよ
り高い遮光性が要求されている。

【０００４】従来、カラーフィルタを製造するためのブ
ラックマトリックス基板としては、透明基板上に、クロ
ム薄膜をフォトエッチングしてブラックマトリックスを
形成したもの、親水性樹脂レリーフを染色してブラック
マトリックスとしたもの、黒色顔料等を分散した感光樹
脂組成物を用いてブラックマトリックスを形成したも
の、黒色電着塗料を電着してブラックマトリックスを形
成したもの、印刷によりブラックマトリックスを形成し
たもの等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の黒色顔料等を分
散した感光性樹脂組成物を用いレリーフ形成してブラッ
クマトリックスとする場合、ネガ型の感光性樹脂組成物
からなる感光性樹脂層をフォトマスクを介して露光し、
その後、現像することによりレリーフパターンを形成す
ることが行われている。しかし、感光性樹脂層に照射さ
れた光は層内を透過する際に黒色顔料に吸収され、一
方、上記のネガ型の感光性樹脂組成物はモノマーや光反
応開始剤が均一に分散されているので、感光性樹脂層の
表面で照射光と光反応開始剤との光反応が最も強く起こ
り、透明基板との界面近傍の感光性樹脂層では光反応が
起こりにくくなる。したがって、光反応生成物の濃度勾
配が感光性樹脂層の厚み方向に生じ、これにより、感光
性樹脂層の硬化度にも差が生じて表面側の硬化度が高く
なる。このような露光が行われた感光性樹脂層を現像し
て得られるブラックマトリックスパターンは、透明基板
側が細い逆テーパー構造のものとなる。このような逆テ
ーパー構造のブラックマトリックスは、透明基板との密
着面積が小さくなり、密着性が低いという問題があっ
た。

【０００６】本発明は上述のような事情に鑑みてなされ
たものであり、樹脂タイプのブラックマトリックスを高
い精度で、かつ、良好な密着性で備えたブラックマトリ
ックス基板と、このようなブラックマトリックス基板の
製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のブラックマトリックス基板は、透明
基板と、該透明基板上に設けられたブラックマトリック
スとを備え、ブラックマトリックスは光反応開始剤を含
有するとともに、透明基板との界面近傍において光反応
開始剤の含有量が最大となるような構成とした。

【０００８】本発明のブラックマトリックス基板の製造
方法は、透明基板上に光反応開始剤を含有する薄膜を形
成し、該薄膜上にブラックマトリックス用のネガ型の感
光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層を形成し、該感
光性樹脂層をブラックマトリックス用のフォトマスクを
介して露光し現像することによりブラックマトリックス
パターンを形成するような構成とした。

【０００９】上記のような本発明では、露光において感
光性樹脂層を透過して光反応開始剤を含有する薄膜に達
した光が光反応開始剤と光反応を起こして光反応生成物
を生じ、感光性樹脂層の厚み方向における光反応生成物
の濃度勾配をほぼ均一にする作用をなす。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。ブラックマトリックス基板 図１は本発明のブラックマトリックスの一実施形態を示
す概略断面図である。図１において、ブラックマトリッ
クス基板１は、透明基板２と、この透明基板２上に形成
されたブラックマトリックス３とからなっている。

【００１１】透明基板２としては、石英ガラス、パイレ
ックスガラス、合成石英板等の可撓性のないリジット
材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓
性を有するフレキシブル材を用いることができる。この
中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の
小さい素材であり、寸法安定性および高温加熱処理にお
ける作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含
まない無アルカリガラスであるため、ブラックマトリッ
クス基板を用いてアクティブマトリックス方式によるＬ
ＣＤ用のカラーフィルタを製造する場合に適している。

【００１２】ブラックマトリックス３は、ネガ型の感光
性樹脂層をパターン露光によって硬化した後、現像処理
によりパターン形成したものであり、黒色顔料等の遮光
材を均一に分散して含有するとともに、光反応開始剤
を、透明基板２との界面近傍部３ａにおいて含有量が最
大となるように含有する。

【００１３】ブラックマトリックス３に含有される光反
応開始剤としては、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、
Ｎ，Ｎ´テトラメチル−４，４´−ジアミノベンゾフェ
ノン、４−メトキシ−４´−ジメチルアミノベンゾフェ
ノン、４，４´−ジエチルアミノベンゾフェノン、２−
エチルアントラキノン、フェナントレン等の芳香族ケト
ン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエー
テル、ベンゾインフェニルエーテル等のベンゾインエー
テル類、メチルベンゾイン、エチルベンゾイン等のベン
ゾイン、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−フェニ
ルイミダゾール２量体、２−（ｏ−クロロフェニル）−
４，５−ジ（ｍ−メトキシフェニル）イミダゾール２量
体、２−（ｏ−フルオロフェニル）−４，５−ジフェニ
ルイミダゾール２量体、２−（ｏ−メトキシフェニル）
−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体等のハロメチ
ルチアゾール化合物、２，４−ビス（トリクロロメチ
ル）−６−ｐ−メトキシスチリル−Ｓ−トリアジン、
２，４−ビス（トリクロロメチル）−６−（１−ｐ−ジ
メチルアミノフェニル−１，３−ブタジエニル）−Ｓ−
トリアジン、２−トリクロロメチル−４−アミノ−６−
ｐ−メトキシスチリル−Ｓ−トリアジン等のハロメチル
−Ｓ−トリアジン系化合物、２，２−ジメトキシ−１，
２−ジフェニルエタン−１−オン、２−メチル−１−
〔４−（メチルチオ）フェニル〕−２−モルフォリノプ
ロパノン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−
（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１，１−ヒ
ドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン等、さらに
具体的には、イルガキュアー３６９（チバガイギー社
製）、イルガキュアー６５１（チバガイギー社製）、イ
ルガキュアー９０７（チバガイギー社製）等が挙げられ
る。これらの光反応開始剤は、単独で、あるいは、２種
以上の組み合わせであってもよい。

【００１４】尚、ブラックマトリックス３の透明基板２
との界面近傍部３ａとは、透明基板２との界面から０．
２μｍ程度の厚みまでを意味する。

【００１５】本発明のブラックマトリックス基板１は、
ブラックマトリックスパターンの線幅Ｗが高さ方向でほ
ぼ均一であり、図１の右側のブラックマトリックスに鎖
線で示す逆テーパー構造ではない。したがって、ブラッ
クマトリックス３の遮光総面積と透明基板との密着総面
積がほぼ一致し、透明基板との密着性が高いものとなっ
ている。

【００１６】このようなブラックマトリックス３の線幅
は１０〜２５μｍ、高さは０．９〜１．７μｍの範囲で
任意に設定することができる。ブラックマトリックス基板の製造方法 図２は本発明のブラックマトリックス基板の製造方法の
一実施形態を説明するための工程図である。

【００１７】図２において、まず、透明基板２に光反応
開始剤を含有する薄膜４を形成する（図２（Ａ））。こ
の薄膜４は、上記のような光反応開始剤を所定の溶
媒、または、溶媒およびバインダー樹脂に溶解させた
溶液をロールコート法、スピンコート法、ブレードコー
ト法等の従来公知の塗布手段で塗布、乾燥することによ
り形成することができる。薄膜４の厚みは０．０５〜
０．２μｍ程度に設定することが好ましい。尚、上記の
薄膜４中の光反応開始剤の含有量は、溶媒に溶解させ
た溶液を用いて薄膜４を形成する場合、溶液中の光反応
開始剤の含有量を１〜５重量％の範囲内で設定し、ま
た、溶媒およびバインダー樹脂中に溶解させた溶液を
用いて薄膜４を形成する場合は、溶液中の光反応開始剤
の含有量を総固形分（溶媒は総固形分に入らない）に対
して２０〜４０重量％の範囲内で設定することにより適
正なものとすることができる。

【００１８】次に、薄膜４上にブラックマトリックス用
のネガ型の感光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層５
を形成する（図１（Ｂ））。感光性樹脂層５の厚みは、
形成しようとするブラックマトリックスの厚みに応じて
設定することができ、また、塗布方法は、ロールコート
法、スピンコート法、ブレードコート法等の従来公知の
塗布手段を用いることができる。

【００１９】このように薄膜４上に感光性樹脂層５を形
成する段階で、薄膜４を構成する光反応開始剤は感光性
樹脂層５中に移行するので、薄膜４と感光性樹脂層５と
の界面は明確には存在せず、透明基板２との界面近傍に
おいて光反応開始剤の濃度が特に高いような濃度勾配を
もった感光性樹脂層５´が存在することになる。

【００２０】上記の感光性樹脂組成物は、バインダー樹
脂、モノマー、光反応開始剤と、染料、無機顔料、有機
顔料等から選ばれた遮光材料を含有する。

【００２１】バインダー樹脂としては、エチレン−酢酸
ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチ
レンビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル
−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸樹
脂、エチレンメタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、
塩素化塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロース
アセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチ
レート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリエ
ーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリ
フェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリビニル
ブチラール、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミック酸樹脂、
ポリエーテルイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂
等が挙げられる。

【００２２】このようなバインダー樹脂の含有量は、感
光性樹脂組成物の総固形分に対して３０〜５０重量％の
範囲が好ましい。尚、感光性樹脂組成物中の総固形分と
は、バインダー樹脂、モノマー、光反応開始剤および遮
光材料を意味する。

【００２３】また、モノマーとしては、少なくとも１つ
の重合可能な炭素−炭素不飽和結合を有する化合物を用
いることができる。具体的には、アリルアクリレート、
ベンジルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、
ブトキシエチレングリコールアクリレート、シクロヘキ
シルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、
２−エチルヘキシルアクリレート、グリセロールアクリ
レート、グリシジルアクリレート、２−ヒドロキシエチ
ルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレー
ト、イソボニルアクリレート、イソデキシルアクリレー
ト、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレー
ト、２−メトキシエチルアクリレート、メトキシエチレ
ングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレ
ート、ステアリルアクリレート、エチレングリコールジ
アクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート等
のアクリレートモノマー、および、これらのアクリレー
ト基をメタクリレート基に置換したもの、ポリウレタン
構造を有するオリゴマーにアクリレート基を結合させた
ウレタンアクリレートオリゴマー、ポリエステル構造を
有するオリゴマーにアクリレート基を結合させたポリエ
ステルアクリレートオリゴマー、エポキシ基を有するオ
リゴマーにアクリレート基を結合させたエポキシアクリ
レートオリゴマー、ポリウレタン構造を有するオリゴマ
ーにメタクリレート基を結合させたウレタンメタクリレ
ートオリゴマー、ポリエステル構造を有するオリゴマー
にメタクリレート基を結合させたポリエステルメタクリ
レートオリゴマー、エポキシ基を有するオリゴマーにメ
タクリレート基を結合させたエポキシメタクリレートオ
リゴマー、アクリレート基を有するポリウレタンアクリ
レート、アクリレート基を有するポリエステルアクリレ
ート等が挙げられる。

【００２４】これらは使用することができるモノマーの
一例であり、これらに限定されるものではない。また、
このようなモノマーの含有量は、感光性樹脂組成物の総
固形分に対して１５〜２５重量％の範囲が好ましい。

【００２５】さらに、光反応開始剤は、上記の光反応開
始剤を用いることができ、含有量は感光性樹脂組成物の
総固形分に対して３〜８重量％の範囲が好ましい。 感
光性樹脂組成物は、さらに添加剤として可塑剤、増感
剤、重合停止剤、レベリング剤、分散剤、安定剤、消泡
剤、増粘剤、沈殿防止剤等を必要に応じて含有すること
ができる。

【００２６】また、感光性樹脂組成物に用いる溶剤とし
ては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、エ
チレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチル
エチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳
香族炭化水素、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、
カルビトール、プロピレングリコールモノエチルエーテ
ル等のグリコールエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチ
ル、セロソルブアセテート、カルビトールアセテート等
の酢酸エステル類等が挙げられる。

【００２７】次に、この感光性樹脂層５（５´）に対し
て、ブラックマトリックス用のフォトマスク１１を介し
て露光を行う（図２（Ｃ））。このようなフォトマスク
１１を介した感光性樹脂層５の露光において、照射され
た光は感光性樹脂層５内で光反応開始剤と光反応を起こ
して光反応生成物を生じながら徐々に吸収される。そし
て、感光性樹脂層５を透過し光反応開始剤を含有する薄
膜４に到達した光は、薄膜４において光反応開始剤と光
反応を起こして光反応生成物を生じる。このように、照
射光の到達光量が少ない感光性樹脂層５´の透明基板２
との界面近傍では、高い濃度で存在する光反応開始剤に
よって光反応生成物が生じるので、感光性樹脂層５（５
´）の厚み方向における光反応生成物の濃度勾配はほぼ
均一となる。したがって、感光性樹脂層５（５´）の露
光部位の厚み方向における硬化度もほぼ均一となる。

【００２８】次に、感光性樹脂層５（５´）を現像する
ことにより、ブラックマトリックス３が透明基板２上に
形成され、ブラックマトリックス基板１が得られる（図
１（Ｄ））。この現像では、上述のように感光性樹脂層
５（５´）の露光部位の厚み方向における硬化度がほぼ
均一となっているので、深さ方向で感光性樹脂層の除去
量が多くなり逆テーパー構造が発生することはなく、ブ
ラックマトリックス３と透明基板２との密着性は高いも
のとなる。

【００２９】

【実施例】次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説
明する。

【００３０】まず、ガラス基板（コーニング（株）製７
０５９ガラス（厚み０．７ｍｍ））上に、下記組成の光
反応開始剤塗布液をスピンコート法により塗布し乾燥し
て、厚み０．０５μｍの薄膜を形成した。

【００３１】光反応開始剤塗布液の組成 ・イルガキュアー３６９（チバガイギー社製） … １重量部 ・ベンジルメタクリレート／メタクリル酸共重合体 … ４重量部 （モル比＝７３／２７） ・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート… １００重量部 次に、上記の薄膜上に、下記組成のブラックマトリック
ス用のネガ型の感光性樹脂組成物をスピンコート法によ
り塗布し乾燥して感光性樹脂層（厚み１．３μｍ）を形
成した。

【００３２】感光性樹脂組成物 ・ベンジルメタクリレート／メタクリル酸共重合体 … １５０重量部 （モル比＝７３／２７） ・イルガキュアー３６９（チバガイギー社製） … ２５重量部 ・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート … ８０重量部 ・カーボンブラック分散液 … １５０重量部 次いで、ブラックマトリックス用のフォトマスク（マト
リックス状の透光部の線幅１５μｍ、透光部のピッチ６
０μｍ）を介して下記の条件で感光性樹脂層に対して露
光を行った。

【００３３】露光条件 ・光源 ：超高圧水銀灯（波長３５０〜５
００ｎｍ） ・露光量（５種） ：２５、５０、７５、１００、１
５０ｍＪ／ｃｍ² 次いで、感光性樹脂層をアルカリ現像液で現像し、さら
に洗浄、乾燥し、２００℃で３０分間加熱して、マトリ
ックス状のブラックマトリックスパターンを形成しブラ
ックマトリックス基板（試料１〜５）を得た。

【００３４】比較として、光反応開始剤を含有する薄膜
を形成しない他は、上述のブラックマトリックスパター
ンの形成と同様にして、ブラックマトリックス基板（比
較試料１〜５）を得た。

【００３５】このように形成した各ブラックマトリック
スパターンの厚み、および、各ブラックマトリックスパ
ターンの膜厚方向での感光性樹脂組成物の二重結合の残
存量を下記の方法で測定して、結果を下記の表１に示し
た。

【００３６】厚みの測定方法 テンコール社製の触針式膜厚計α−ｓｔｅｐ３００で測
定した。

【００３７】二重結合の残存量測定方法 ＡＴＲ法によるＩＲ測定を行い、Ｃ＝Ｃ／Ｃ＝Ｏ比の変
化量から二重結合の残存量を決定した。また、プリズム
の種類、入射角度を変化させることにより、ブラックマ
トリックスの膜厚方向全体と、表面側の二重結合の残存
量を求め、基板界面近傍の二重結合の残存量を算出し
た。

【００３８】

【表１】 表１に示されるように、光反応開始剤を含有する薄膜を
形成することにより、５０ｍＪ／ｃｍ² 以上（試料２〜
５）の露光量でブラックマトリックスパターンの形成が
可能であった。しかし、光反応開始剤を含有する薄膜を
形成しない場合、露光量を７５ｍＪ／ｃｍ² 以上（比較
試料３〜５）にしないとブラックマトリックスのパター
ン形成は不可能であった。このことから、光反応開始剤
を含有する薄膜を形成することにより、感光性樹脂組成
物の光反応生成物の膜厚方向での濃度差が小さくなり、
ガラス基板界面での反応量が増大して密着性が向上した
ことが確認された。これを裏づけるように、比較試料３
〜５のブラックマトリックスパターンは、ガラス基板界
面近傍で二重結合残存量が最大となっており、光反応生
成物の膜厚方向での濃度差が大きくなっているのに対
し、試料２〜５のブラックマトリックスパターンは、ガ
ラス基板界面近傍と表面とにおける二重結合残存量の差
がなく、光反応生成物の膜厚方向での濃度差は生じてい
ない。

【００３９】尚、試料２〜５のブラックマトリックス基
板は、ブラックマトリックスの線幅が厚み方向において
約１７μｍで一定であった。しかし、比較試料３〜５の
ブラックマトリックス基板は、ブラックマトリックスの
線幅が、表面側で１７μｍ、ガラス基板側で１３．５μ
ｍであり、逆テーパー構造を有するものであった。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば露
光において照射された光は感光性樹脂層内で光反応開始
剤と光反応を起こして光反応生成物を生じながら徐々に
吸収され、感光性樹脂層の深さ方向で光反応生成物量が
減少するが、感光性樹脂層を透過した光は光反応開始剤
を含有する薄膜において光反応開始剤と光反応を起こし
て多量の光反応生成物を生じるので、感光性樹脂層の厚
み方向における光反応生成物の濃度勾配はほぼ均一とな
り、したがって露光部位の厚み方向における硬化度もほ
ぼ均一となり、現像により得られるブラックマトリック
スは、その幅が高さ方向でほぼ均一で、従来の逆テーパ
ー構造のブラックマトリックスとは明らかに構造が異な
るものとなり、ブラックマトリックスと透明基板との密
着性が良好で、かつ、パターン精度の高いブラックマト
リックス基板が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブラックマトリックス基板の一実施形
態を示す概略断面図である。

【図２】本発明のブラックマトリックス基板の製造方法
の一実施形態を説明するための工程図である。

【符号の説明】

１…ブラックマトリックス基板 ２…透明基板 ３…ブラックマトリックス ４…光反応開始剤を含有する薄膜 ５，５´…感光性樹脂層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板と、該透明基板上に設けられた
   ブラックマトリックスとを備え、ブラックマトリックス
   は光反応開始剤を含有するとともに、透明基板との界面
   近傍において光反応開始剤の含有量が最大となることを
   特徴とするブラックマトリックス基板。
2. 【請求項２】 透明基板上に光反応開始剤を含有する薄
   膜を形成し、該薄膜上にブラックマトリックス用のネガ
   型の感光性樹脂組成物を塗布して感光性樹脂層を形成
   し、該感光性樹脂層をブラックマトリックス用のフォト
   マスクを介して露光し現像することによりブラックマト
   リックスパターンを形成することを特徴とするブラック
   マトリックス基板の製造方法。